CN220542792U - 一种铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，包括封闭的碳化箱、试件和CO2供气装置；试件的内部开设有孔道，孔道从试件的底端向上延伸至试件的顶部，孔道的顶部设置有第一CO2浓度传感器，孔道的顶端封闭；试件放置在碳化箱的底板上；CO2供气装置连接有输气管，碳化箱的底板上开设有供输气管插入的通孔，输气管插入碳化箱底板上的通孔伸入试件的内部孔道内。本实用新型装置在试件内部开设孔道，将CO2通入试件内部，利用试件材料多孔隙的特性让CO2从试件内部往外穿透试件，让试件材料从里到外都能充分地与CO2接触，加快试件材料的碳化速度，可早日完成碳化进而对材料的耐久性和抗碳化能力进行分析评价。
Description
技术领域
本实用新型涉及模拟试验装置技术领域，具体涉及一种铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置。
背景技术
道路路基材料通常都要用到水泥基材料，根据材料所含孔隙、空隙的多少，可分为致密型水泥基材料(如混凝土)和多孔型水泥基材料(如水泥级配碎石)，它们均依赖水泥发生水化反应的产物来提供颗粒间黏结和充填作用，从而形成强度。
空气中的二氧化碳能与水泥水化反应的产物发生碳化反应，导致水泥基材料多项性能的劣化。考虑到碳化反应的发生是难以避免的，有必要在铺装道路时提前进行碳化预测实验以指导工程具体施工，并对路基材料的使用寿命进行监测，这就需要一套能加速进行碳化的模拟实验测试装置。
对于水泥基材料碳化反应影响较大的是CO2的浓度、反应温度、环境湿度等，例如在干燥或温度较低的条件下，碳化反应几乎终止；在相对湿度较高或温度较高的条件下，碳化反应进行较快。研究这些影响因素对碳化反应的影响对指导工程实践有重要意义。
目前对混凝土材料进行碳化模拟实验的研究较多，混凝土通常包含水泥、掺和料(通常有几种)、砂、石、外加剂、水，其形成的材料密实，二氧化碳气体难以通过混凝土表面进入材料内部(为业内所熟知的是，碳化深度一般在几毫米左右，故混凝土材料内部基本处于未碳化状态)。因此其室内碳化模拟测定装置通常涉及向碳化箱内通水，在水浸泡条件下或者高湿条件下加速碳化进而测定。并且，通常测定的只是混凝土试件表面的碳化情况。
高速铁路路基材料水泥级配碎石通常由水泥、级配碎石加水制备得到，是一种孔隙和空隙较多的材料，与混凝土材料内部密实的特性完全不同，使其碳化过程呈现出随时间由表层不断向内部蔓延的趋势，这与致密的混凝土材料短时间内即达到最大碳化深度的表现完全不同。因此，采取何种装置和方法在短时间内检测该种材料与二氧化碳的反应无法参照混凝土碳化试验的现有成果与经验，目前市面上鲜有针对铁路路基材料在不同条件下发生碳化反应的试验测定装置和方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，能够在实验室分析研究不同环境条件下铁路路基材料碳化情况。
本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：
一种铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，包括封闭的碳化箱、试件和CO2供气装置；
所述试件的内部开设有孔道，所述孔道从试件的底端向上延伸至试件的顶部，孔道的顶部设置有第一CO2浓度传感器，孔道的顶端封闭；试件放置在所述碳化箱的底板上；
所述CO2供气装置连接有输气管，碳化箱的底板上开设有供所述输气管插入的通孔，输气管插入碳化箱底板上的通孔伸入试件的内部孔道内。
优选地，所述测定装置还包括与所述碳化箱连接的温度控制单元和湿度控制单元；所述温度控制单元用于调控试件的孔道内和/或碳化箱内的温度至预设值并监测试件的孔道内和/或碳化箱内的温度，所述湿度控制单元用于调控试件的孔道内和/或碳化箱内的湿度至预设值并监测试件的孔道内和/或碳化箱内的湿度。
优选地，所述温度控制单元包括设置在试件的内部孔道的顶部的第一温度传感器、用于对碳化箱进行加热或降温的温度调节设备、以及对所述温度调节设备进行控制的温度控制器，所述第一温度传感器和温度调节设备均与所述温度控制器连接；温度调节设备和温度控制器均设置在碳化箱上；
所述湿度控制单元包括设置在试件的内部孔道的顶部的第一湿度传感器、用于对碳化箱内湿度进行调节的湿度调节设备、以及对所述湿度调节设备进行控制的湿度控制器，所述第一湿度传感器和湿度调节设备均与所述湿度控制器连接；湿度控制器设置在碳化箱上，湿度调节设备与碳化箱连接。
优选地，在所述碳化箱内、试件外还设置有第二CO2浓度传感器、第二温度传感器和第二湿度传感器，所述第二温度传感器、第二湿度传感器分别与所述温度控制器、湿度控制器连接。
优选地，所述碳化箱上设置有显示屏，所述显示屏与所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一湿度传感器、第二湿度传感器、第一CO2浓度传感器和第二CO2浓度传感器连接。
优选地，所述碳化箱上还设置有压力传感器，用于监测碳化箱内的气压。
优选地，所述测定装置还包括CO2浓度控制器，所述第一CO2浓度传感器、第二CO2浓度传感器、CO2供气装置均与所述CO2浓度控制器连接，并协同工作将试件中的CO2浓度控制在设定值。
优选地，所述碳化箱顶部设置有排气阀或者开设有出气口，所述出气口上设置有出气口盖；碳化箱的底板上设置有试件固定座。
优选地，所述碳化箱包括罩体和底板，所述罩体和底板通过螺栓固定连接；所述输气管插入试件内部的孔道的部分上设置有若干出气孔。
优选地，所述试件内部的孔道贯穿试件、打通试件的底端和顶端，孔道的顶端设置有密封件。
本实用新型的有益效果是：
1、与目前常见的混凝土碳化模拟测定装置不同，本实用新型装置在试件内部开设孔道，将CO2通入试件内部，利用试件材料多孔隙的特性让CO2从试件内部往外穿透试件，让试件材料从里到外都能充分地与CO2接触，加快试件材料的碳化速度，可早日完成碳化进而对材料的耐久性和抗碳化能力进行分析评价，指导工程实践。也可通过该装置进行不同温度、不同湿度、不同CO2浓度对铁路路基的影响的进一步试验分析，对分析与研究铁路路基材料的耐久性具有重要意义。
2、本实用新型装置对设备要求较低，可以采用现成的一些简单设备组装制作得到，装置成本低，也方便运输移动，适合于各种基层现场的检测、研究使用，可设置模拟各种极端环境，模拟检测出铁路路基材料在不同极端环境下的碳化情况。
附图说明
图1是本实用新型的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置的结构示意图；
图2是图1中试件的结构示意图；
其中，附图标记表示的元件或结构是：
碳化箱1、底板1a、试件固定座1b、罩体1c、试件2、孔道21、CO2供气装置3、第一CO2浓度传感器4、第二CO2浓度传感器5、输气管6、第一温度传感器7、温度调节设备8、温度控制器9、第一湿度传感器10、湿度调节设备11、湿度控制器12、第二温度传感器13、第二湿度传感器14、显示屏15、压力传感器16、CO2浓度控制器17、排气阀18、密封件19。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明，但并不因此而限制本实用新型。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1
如图1-2所示的本实用新型的一种铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，主要由封闭的碳化箱1、试件2和CO2供气装置3组成；试件2的内部开设有孔道21，孔道21从试件2的底端向上延伸至试件2的顶部，孔道21的顶部设置有第一CO2浓度传感器4，孔道21的顶端封闭；试件2放置在碳化箱1的底板1a上；CO2供气装置3连接有输气管6，碳化箱1的底板1a上开设有供输气管6插入的通孔，输气管6插入碳化箱1底板1a上的通孔伸入试件2的内部孔道21内。
使用本实用新型的测定装置，在试件表面喷洒酚酞试剂(必要时可与NaOH溶液混合以提高表面碱度)，此时试件表面呈紫红色，然后将待测试件放入碳化箱中，往试件的孔道中通入CO2，CO2气体从试件内部穿过试件中的众多孔隙往外扩散，从而试件材料从里到外都充分发生碳化反应，随着反应进行，试件表面的紫红色逐渐变淡，一段时间后，紫红色褪去，表明碳化完成。此时即可取出试件分析测试其力学性能和耐久性能。
在一些实施方案中，本实用新型的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置还包括与碳化箱1连接的温度控制单元和湿度控制单元；温度控制单元用于调控试件2的孔道21内和/或碳化箱1内的温度至预设值并监测试件2的孔道21内和/或碳化箱1内的温度，湿度控制单元用于调控试件2的孔道21内和/或碳化箱1内的湿度至预设值并监测试件2的孔道21内和/或碳化箱1内的湿度。可以研究不同温度、湿度情况下，试件的碳化情况。
在一些实施方案中，温度控制单元包括设置在试件2的内部孔道21的顶部的第一温度传感器7、用于对碳化箱1进行加热或降温的温度调节设备8、以及对温度调节设备8进行控制的温度控制器9，第一温度传感器7和温度调节设备8均与温度控制器9连接；温度调节设备8和温度控制器9均设置在碳化箱1上。加热或降温的温度调节设备可以采用目前已经公知的能对碳化箱进行加热或降温的设备，例如可在碳化箱上设置电加热器和/或制冷片，电加热器和/或制冷片与温度控制器相接且受温度控制器控制。
在一些实施方案中，湿度控制单元包括设置在试件2的内部孔道21的顶部的第一湿度传感器10、用于对碳化箱1内湿度进行调节的湿度调节设备11、以及对湿度调节设备11进行控制的湿度控制器12，第一湿度传感器10和湿度调节设备11均与湿度控制器12连接，湿度控制器12设置在碳化箱1上，湿度调节设备11与碳化箱1连接。湿度调节设备可以采用常规的湿度调节装置，例如加湿器等。
在一些实施方案中，在碳化箱1内、试件2外还设置有第二CO2浓度传感器5、第二温度传感器13和第二湿度传感器14，第二温度传感器13、第二湿度传感器14分别与温度控制器9、湿度控制器12连接。实验时，不仅监测试件内部的温湿度和CO2浓度，同时监测碳化箱内的温湿度和CO2浓度，实验控制更加精确。当第一CO2浓度传感器、第二CO2浓度传感器显示的CO2浓度值相同时，表明试件内外的碳化反应已经充分完成，此时可以停止实验，取出试件进行力学性能和耐久性性能的检测。
在一些实施方案中，碳化箱1上设置有显示屏15，显示屏15与第一温度传感器7、第二温度传感器13、第一湿度传感器10、第二湿度传感器14、第一CO2浓度传感器4和第二CO2浓度传感器5连接。可以从碳化箱上直接读取各个实验参数的值，十分方便。
在一些实施方案中，碳化箱1上还设置有压力传感器16，用于监测碳化箱1内的气压。优选地，压力传感器16为压力表，实验人员可以直观看到压力数值。对碳化箱内的气体压力进行监控，防止气压太大导致爆炸。
在一些实施方案中，本实用新型的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置还包括CO2浓度控制器17，第一CO2浓度传感器4、第二CO2浓度传感器5、CO2供气装置3均与CO2浓度控制器17连接，并协同工作将试件2中的CO2浓度控制在设定值。可以进行不同CO2浓度实验条件的自动控制，研究不同CO2浓度对试件碳化情况的影响。优选将第一温度传感器7、第一湿度传感器10、第一CO2浓度传感器分别与温度控制器9、湿度控制器12、CO2浓度控制器17的连接设置为无线连接，采用无线通信，以保证试件孔道的封闭性，减少CO2气体从孔道两端的溢出。
在一些实施方案中，碳化箱1顶部设置有排气阀18或者开设有出气口，出气口上设置有出气口盖，防止碳化箱内气压太大时导致箱体爆炸；碳化箱1的底板1a上设置有试件固定座1b，以对试件进行固定，防止实验过程中试件倒下。
在一些实施方案中，碳化箱1包括罩体1c和底板1a，罩体1c和底板1a通过螺栓固定连接，采用这种形式，方便取下罩体在底板上安装、固定试件。碳化箱也可以采用箱体匹配顶盖的结构，打开顶盖，放入试件。输气管6插入试件2内部的孔道21的部分上设置有若干出气孔，让CO2气体在整个孔道内从上至下都向外扩散，让整个试件中化学物质与CO2的反应更加充分。
在一些实施方案中，试件2内部的孔道21贯穿试件2、打通试件2的底端和顶端，孔道21的顶端设置有密封件19，密封件19的材料可以采用凡士林或环氧树脂等。为了方便操作，优选将试件的底端和顶端打通，便于安装放置第一CO2浓度传感器、第一温度传感器和第一湿度传感器，安装完毕后采用凡士林或环氧树脂将孔道的顶端封闭以避免通入的CO2直接从孔道顶端出去。
采用本实用新型的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置进行实验的过程如下：
1、制作铁路路基材料的试件：采用水泥、级配碎石、水制备，可在试件样品成型前预留一个直径为1～2cm的孔道，或者在样品成型后通过钻机打一个直径为1～2cm的孔道，将第一温度传感器、第一湿度传感器、第一CO2浓度传感器安装固定到孔道的顶部，并保证孔道的顶端是封闭的。
2、在试件表面喷洒酚酞试剂，此时试件表面呈紫红色，然后将待测试件放入碳化箱中安装固定到底板上。
3、将CO2供气装置的输气管插入试件内部的孔道中，调节温度、湿度至设定值，开启CO2供气装置，向试件孔道中输入设定浓度的CO2，随着反应的进行，试件表面的紫红色逐渐变淡直至褪去，表明碳化完成。或者，当第一CO2浓度传感器、第二CO2浓度传感器检测到的CO2浓度相同时，表明试件的碳化反应已经充分反应，试件中化学物质的碳化反应结束，可以停止实验。碳化反应完成后即可取出试件分析测试其力学性能和耐久性能。
Claims (10)
1.一种铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：包括封闭的碳化箱(1)、试件(2)和CO2供气装置(3)；
所述试件(2)的内部开设有孔道(21)，所述孔道(21)从试件(2)的底端向上延伸至试件(2)的顶部，孔道(21)的顶部设置有第一CO2浓度传感器(4)，孔道(21)的顶端封闭；试件(2)放置在所述碳化箱(1)的底板(1a)上；
所述CO2供气装置(3)连接有输气管(6)，碳化箱(1)的底板(1a)上开设有供所述输气管(6)插入的通孔，输气管(6)插入碳化箱(1)底板(1a)上的通孔伸入试件(2)的内部孔道(21)内。
2.根据权利要求1所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：还包括与所述碳化箱(1)连接的温度控制单元和湿度控制单元；所述温度控制单元用于调控试件(2)的孔道(21)内和/或碳化箱(1)内的温度至预设值并监测试件(2)的孔道(21)内和/或碳化箱(1)内的温度，所述湿度控制单元用于调控试件(2)的孔道(21)内和/或碳化箱(1)内的湿度至预设值并监测试件(2)的孔道(21)内和/或碳化箱(1)内的湿度。
3.根据权利要求2所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：
所述温度控制单元包括设置在试件(2)的内部孔道(21)的顶部的第一温度传感器(7)、用于对碳化箱(1)进行加热或降温的温度调节设备(8)、以及对所述温度调节设备(8)进行控制的温度控制器(9)，所述第一温度传感器(7)和温度调节设备(8)均与所述温度控制器(9)连接；温度调节设备(8)和温度控制器(9)均设置在碳化箱(1)上；
所述湿度控制单元包括设置在试件(2)的内部孔道(21)的顶部的第一湿度传感器(10)、用于对碳化箱(1)内湿度进行调节的湿度调节设备(11)、以及对所述湿度调节设备(11)进行控制的湿度控制器(12)，所述第一湿度传感器(10)和湿度调节设备(11)均与所述湿度控制器(12)连接；湿度控制器(12)设置在碳化箱(1)上，湿度调节设备(11)与碳化箱(1)连接。
4.根据权利要求3所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：在所述碳化箱(1)内、试件(2)外还设置有第二CO2浓度传感器(5)、第二温度传感器(13)和第二湿度传感器(14)，所述第二温度传感器(13)、第二湿度传感器(14)分别与所述温度控制器(9)、湿度控制器(12)连接。
5.根据权利要求4所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：所述碳化箱(1)上设置有显示屏(15)，所述显示屏(15)与所述第一温度传感器(7)、第二温度传感器(13)、第一湿度传感器(10)、第二湿度传感器(14)、第一CO2浓度传感器(4)和第二CO2浓度传感器(5)连接。
6.根据权利要求1或5所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：所述碳化箱(1)上还设置有压力传感器(16)，用于监测碳化箱(1)内的气压。
7.根据权利要求4所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：还包括CO2浓度控制器(17)，所述第一CO2浓度传感器(4)、第二CO2浓度传感器(5)、CO2供气装置(3)均与所述CO2浓度控制器(17)连接，并协同工作将试件(2)中的CO2浓度控制在设定值。
8.根据权利要求1所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：所述碳化箱(1)顶部设置有排气阀(18)或者开设有出气口，所述出气口上设置有出气口盖；碳化箱(1)的底板(1a)上设置有试件固定座(1b)。
9.根据权利要求1所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：所述碳化箱(1)包括罩体(1c)和底板(1a)，所述罩体(1c)和底板(1a)通过螺栓固定连接；所述输气管(6)插入试件(2)内部的孔道(21)的部分上设置有若干出气孔。
10.根据权利要求1所述的铁路路基材料加速碳化模拟试验测定装置，其特征在于：所述试件(2)内部的孔道(21)贯穿试件(2)、打通试件(2)的底端和顶端，孔道(21)的顶端设置有密封件(19)。
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| CN (1) | CN220542792U (zh) |
-
2023
- 2023-08-02 CN CN202322059660.4U patent/CN220542792U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |